Iluminando a Floresta Escura: Revelando o Véu do MEV

TL;DR

Com o aumento das atividades na cadeia e a evolução da infraestrutura, o MEV na cadeia tem sido visto como a parte mais perigosa da floresta sombria do Ethereum, causando diretamente perdas de lucro e degradação da experiência do usuário. O objetivo deste artigo é analisar os problemas de centralização e confiança trazidos por este mecanismo, a partir da mecânica de geração de blocos do Ethereum 2.0 e da evolução da tecnologia PBS, e a contradição com os valores do Ethereum.

O MEV na blockchain é uma espada de dois gumes, com externalidades positivas e negativas. As positivas incluem a redução do spread de preços em DEX e a ajuda na liquidação; as negativas incluem o dano às transações dos usuários devido a transações de camadas intermediárias. Assim, as soluções para o MEV são mais voltadas para mitigar as externalidades negativas do que para erradicá-las. Na exploração de maneiras de mitigar as externalidades negativas do MEV e resolver o problema do middleware Relayer baseado em confiança de terceiros, existem principalmente três tipos de medidas: melhorias no mecanismo de leilão, melhorias na camada de consenso e melhorias na camada de aplicação. Cada uma dessas soluções tem suas vantagens e desvantagens, e precisam ser combinadas e testadas.

Além disso, o MEV, como um subproduto do design de mecanismos, será mais complexo no futuro. Também discutimos os desafios e oportunidades técnicas do MEV que podem surgir com novas tipos de transações, como a arquitetura Layer 2 e o EIP-4337.

Por fim, esperamos explorar potenciais soluções para mitigar as externalidades negativas do MEV, ter uma compreensão abrangente dos prós e contras das atuais soluções de MEV, iluminando a floresta sombria para usuários e pesquisadores.

Ethereum 2.0

Após The Merge, o Ethereum adotou o mecanismo POS para garantir a segurança da rede, abandonando a competição intensiva em cálculos na produção de blocos, passando para a prova de participação. Após a fusão, o Ethereum é dividido em camada de execução e camada de consenso. A produção de blocos também mudou, cada Epoch representa um ciclo de POS, dividido em 32 Slots, com cada Slot tendo um tempo de produção de blocos de 12 segundos.

Toda a rede seleciona aleatoriamente um comitê de validadores a cada Epoch, escolhendo aleatoriamente um proponente de bloco para empacotar e ordenar transações que resultam em blocos, enquanto os outros validadores do comitê supervisionam e votam. O comitê é reeleito a cada Epoch. Há também um limite de tempo de operação para garantir a eficiência. Payload é a carga de execução, ou seja, a alteração do estado da transação, podendo ser vista como parte da execução do bloco. O proponente do bloco implementa a carga de execução e a proposta do bloco.

Estrutura PBS

Na verdade, quando os validadores são escolhidos como proponentes de blocos, muitas vezes não têm motivação para executar o Payload, pois isso requer uma grande capacidade de computação. Acreditava-se que, ao eleger um comitê descentralizado e incluir a carga de execução, a ordenação de transações se tornaria descentralizada. No entanto, os validadores naturalmente preferem delegar essa parte a terceiros e se concentrar na proposta de blocos. Assim surgiu a ideia do PBS, que separa a proposta e a construção de blocos, onde os proponentes são responsáveis apenas pela validação do bloco, sem participar da construção. Isso promoveu um mercado aberto, onde os proponentes podem obter blocos dos construtores. Os construtores competem entre si para criar blocos, oferecendo as taxas mais altas aos proponentes, conhecido como "leilão de blocos".

Apresentação breve do modelo de leilão de primeira selagem PBS. Os usuários enviam transações para o Mempool público através de um proxy RPC, onde vários Builders buscam a melhor ordenação de transações para gerar blocos com maximização de lucros (, onde a maximização de lucros se refere à taxa de transação Base + Prioridade + MEV ). Em seguida, interagem com o Proposer através do MEV-Boost Relayer, que é a ponte de interação entre vários Builders e Proposers. Os Builders enviam propostas ao Relayer, que, por sua vez, apresenta múltiplos cabeçalhos de blocos e propostas ao Proposer; o Proposer geralmente aceita a proposta mais alta. O Relayer implementa a norma MEVBboost, que é a norma técnica proposta pela Flashbot para a interação de leilão entre Builders e Proposers. Durante todo esse processo, todas as informações são mantidas em sigilo, com o Relayer enviando apenas os cabeçalhos de bloco ao Proposer, garantindo assim a resistência à censura do Proposer.

Tipos de participantes e jogos no PBS

Os principais participantes são Builder, Relayer, Proposer, MEVbot(Searcher).

Builder

O Builder é responsável pela construção do conteúdo do bloco. Com o uso do MEV-Boost, torna-se mais vantajoso nas licitações, pois suporta taxas de Gas e lucros de MEV. O Builder pode revisar diretamente as transações de usuários e Searchers, o que sempre foi criticado, especialmente após o governo dos EUA publicar o OFAC, onde muitos Builders participaram do OFAC Compliant. Embora a proporção de blocos revisados tenha diminuído recentemente, o Builder ainda tem um papel direto na revisão das transações.

Atualmente, em termos de participação de mercado do Builder, o beaverbuild.org, que não requer revisão, está gradualmente ampliando sua participação de mercado, tudo orientado para o lucro.

Pesquisador

Essencialmente, a maximização do lucro requer um esforço conjunto entre Searcher e Builder. Os Searchers muitas vezes colaboram com Builders específicos, formando Dark Pools ou Private Pools, onde as transações dos Searchers são mostradas apenas a Builders específicos. Alguns Builders obtêm transações MEV que maximizam os lucros e, assim, competem pelo espaço do bloco. Teoricamente, se os Builders agirem de forma maliciosa ou censurarem, os Searchers podem escolher outros Builders, resultando em uma diminuição da quota de mercado dos Builders, portanto, os Builders considerarão os custos ocultos de agir de forma maliciosa. A situação do MEV e os ganhos diários de Gas mostram que os ganhos de MEV contribuídos pelos Searchers, em momentos de grande volatilidade do mercado, podem até alcançar o dobro dos ganhos diários de Gas.

O Searcher é dividido em CEX-DEX( arbitragem off-chain) e DEX, camada intermediária, e liquidação, duas grandes categorias( totalmente on-chain).

Atualmente, a Wintermute ocupa a primeira posição no mercado de arbitragem entre CEX e DEX.

Para oportunidades de MEV puramente em cadeia, há uma tendência gradual de formação de estúdios, com jaredfromsubway.eth detendo 37,2% de quota de mercado, especializado em ataques de sanduíche a usuários da cadeia Ethereum, tendo se tornado o usuário com maior consumo de gas em cadeia, consumindo cerca de 1,5% de gas por dia. De fevereiro de 2023 a junho de 2024, gastou um total de 76.916 ETH, aproximadamente 175 milhões de dólares. Devido à estreita ligação entre Searchers e Builders, muitos Searchers enviam o fluxo de pedidos para os três principais Builders, que poderiam transmitir para todos os Builders, mas os pequenos Builders podem dividir o fluxo de pedidos, resultando em estratégias de MEV ineficazes e risco de perdas. A vinculação a Builders também pode manter a influência ecológica.

Relayer

O Relayer é responsável por agregar lances, atuando como um ponto de transferência para que o Proposer envie o cabeçalho do bloco e o preço da licitação; neste momento, o Proposer não conhece os detalhes das transações do bloco. Após o Proposer escolher e assinar o cabeçalho do bloco, o Relayer libera todo o conteúdo da transação para o Proposer. O Relayer, como uma terceira parte sem incentivo econômico, ganha grande confiança, o Builder depende dos lances do Proposer, e o Proposer depende dos lances do Relayer e do conteúdo do bloco. Historicamente, houve uma vulnerabilidade potencial no Ultrasound Relayer que resultou na extração de mais de 20 milhões de dólares em MEV pelo Proposer. Embora a vulnerabilidade possa ser corrigida, o Relayer em si ainda pode agir de forma maliciosa para roubar MEV.

A quota de mercado do Relayer mostra que a quota de mercado do Builder que opera com MAX Profit puro tem-se expandido gradualmente desde a Merge, e no mercado livre não é possível controlar o MEV de forma artificial através do Builder.

Ao mesmo tempo, o Relayer enfrenta o problema da falta de incentivos econômicos. A Blocknative desistiu do desenvolvimento do Relayer. O Relayer atualmente depende das normas MEVBoost propostas pelos Flashbots, e o Ethereum depende de terceiros para fornecer PBS, que não é uma solução a longo prazo. Atualmente, a comunidade Ethereum está explorando a inclusão do PBS a nível de protocolo.

Proposer

Para o Proposer, um comitê é selecionado aleatoriamente entre todos os validadores através de um algoritmo, onde, para cada slot, é escolhido um proponente de bloco. O proponente de bloco tem a capacidade de executar carga de trabalho, mas naturalmente deseja terceirizar, o que pode levar a uma cooperação vertical entre o Builder e o Proposer. O Relayer do MEV-boost espera atuar como um intermediário para reduzir a conluio de cooperação vertical resultante da comunicação direta. Atualmente, todos os pools de mineração atuam como pools de validadores, mas os pools de mineração e os pools de validadores LSD têm um forte efeito de escala, especialmente com o potencial de liberação de tokens de staking pelo LSD, aumentando a eficiência do capital, além da influência dos blocos DEFI por trás, levando os pools de validadores a uma tendência de maior centralização.

Lido atualmente representa cerca de 28,7% da participação de mercado, com Coinbase e Ether.fi ocupando o segundo e terceiro lugares. No passado, quando não implementavam ativamente a solução MEV-BOOST PBS, os Proposers eram responsáveis pela tarefa de Builder, ou seja, pela carga de execução, mas a maioria dos Proposers abriu mão da capacidade de executar a ordenação de transações, pois o trabalho de cálculo pesado poderia prejudicar seriamente o desempenho da validação, sendo mais vantajoso terceirizar a carga de execução e permitir que terceiros leiloassem blocos.

Utilizador

Por fim, os usuários são os mais vulneráveis em todo o design da arquitetura, pois as transações são colocadas no Mempool, onde são lucradas por diversos MEVbots que ganham lucros de MEV, mas esses lucros não vão para os usuários. No entanto, não é tudo ruim; por exemplo, em DEX, quando a volatilidade do mercado em cadeia é alta ou o volume de transações do usuário é maior que a liquidez do DEX, os MEVbots podem reduzir o deslizamento e as diferenças de preço entre plataformas por meio de arbitragem. Portanto, o MEV tem externalidades positivas e negativas, que precisam ser discutidas separadamente, e essa é sua complexidade.

Para evitar que os usuários sejam prejudicados pela monitorização dos MEVbots, muitos fornecedores de nós RPC podem ajudar os usuários a colocar transações em Mempools não públicas, como interagir diretamente com o Builder através do RPC do Builder. Uma maneira inovadora é compensar os lucros de MEV para os usuários através do OFA(Order Flow Auction), onde os operadores de RPC do OFA colaboram com os Searchers para leiloar as ordens dos usuários aos Searchers, que maximizam o MEV, permitindo que todo o fluxo de ordens seja incluído no bloco, e depois os Searchers devolvem esses lucros aos usuários.

A proporção de usuários que ainda utilizam fluxo de ordens privadas é baixa, cerca de 10%, principalmente devido ao alto custo de educação dos usuários, muitos dos quais não conseguem disseminar corretamente o conhecimento sobre MEV e as medidas de enfrentamento, sendo a operação complexa. Para otimizar a experiência do usuário, é necessário que os usuários aceitem mais passivamente do que ativamente.

Resumo

No atual arcabouço do PBS, após a introdução da norma MEV-BOOST, esse mecanismo de leilão de licitações seladas para maximizar lucros levou os Builders e Searchers a se direcionarem gradualmente para a cooperação e confiança, tanto os Searchers quanto os Builders têm seus interesses atrelados, tornando a tendência de centralização muito evidente. Sob POS, isso também levou à centralização dos Validators, e toda a cadeia industrial de MEV tornou-se muito centralizada, além de introduzir problemas de confiança entre múltiplas partes: os Searchers confiam nos Builders, e os Builders e Proposers confiam nos Relayers. O desenvolvimento da centralização e da confiança no MEV contraria claramente a visão final de descentralização e desconfiança do Ethereum. A comunidade Ethereum está atualmente discutindo três propostas para mitigar essa forma de centralização:

1. Em relação à centralização de Builder e Searcher: a Flashbot propôs a tecnologia SUAVE, que torna as transações mais transparentes, reduzindo a barreira de confiança do Searcher para com o Builder, e incentivando o Searcher a enviar o fluxo de ordens para todos os Builders.

2. Em relação à confiança no Relayer: usar Enshrined PBS em vez do atual esquema PBS, eliminando a dependência do Relayer durante o processo de licitação.

3. Para a centralização dos Validadores: adotar AVS descentralizado, como SSV, atualmente a Lido já colaborou com isso.

Estado atual do MEV

Atualmente, o principal MEV na cadeia está relacionado a arbitragem, ataques de sanduíche, liquidações, entre outros. Dentre eles, o lucro da arbitragem é o maior, com bots MEV contabilizando um lucro total de 2,6 milhões de dólares nos últimos 30 dias.

Na verdade, o lucro médio de uma transação é de cerca de 0,8 dólares, dependendo de um grande volume de transações, nos últimos 30 dias, o lucro de ataques de sanduíche na cadeia Ethereum foi de cerca de 880 mil dólares.

Os efeitos externos do MEV podem ser positivos ou negativos. Os efeitos externos positivos incluem a redução da diferença de preços entre DEXs trazida pela arbitragem, ajudando protocolos DEFI a liquidar garantias, entre outros, que são efeitos benéficos. Os efeitos negativos vêm principalmente das transações de camadas intermédias dos usuários, o que resulta na perda de parte dos lucros dos usuários. Atualmente, no mecanismo de taxas da rede, embora exista um mecanismo de suavização das taxas de gás no Ethereum, quando as oportunidades de arbitragem na rede aumentam, os bots de MEV e os usuários ainda realizam transações na rede, levando a um aumento acentuado nas taxas de gás em curtos períodos, causando perdas econômicas e de experiência para os usuários.

Não apenas devido aos problemas de MEV e centralização trazidos pela arquitetura PBS e POS, mas também durante o processo de migração do Ethereum para a arquitetura Layer 2, surgiram problemas de MEV entre Layer 2.

A complexidade potencial do MEV no design da arquitetura Layer2

Atualmente, muitas transações do Ethereum estão sendo realizadas na Layer 2. O principal objetivo do Ethereum é ser a camada de liquidação mundial, portanto, no futuro, as atividades de arbitragem em larga escala na cadeia se direcionarão para MEV multi-chain e cross-chain, que são mais complexas e exigem maior conhecimento técnico.

A pesquisa sobre MEV entre cadeias ainda é bastante limitada, mas algumas medidas de resposta foram propostas em relação ao potencial do MEV, principalmente no Layer 2.